JP2727966B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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-
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- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関し、特に高融点金属シリサイド配線や、シリサイド
/多結晶シリコン構造の配線を有する半導体装置の製造
方法に関する。
に関し、特に高融点金属シリサイド配線や、シリサイド
/多結晶シリコン構造の配線を有する半導体装置の製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化にとも
ない、より微細なパターンを精度良く加工する技術が要
求されている。加工するパターンの微細化により、配線
の抵抗が増大し、このことが半導体デバイスの特性を劣
化させる可能性がある。このため、低抵抗の材料を精度
良く加工する技術が必要となってきている。
ない、より微細なパターンを精度良く加工する技術が要
求されている。加工するパターンの微細化により、配線
の抵抗が増大し、このことが半導体デバイスの特性を劣
化させる可能性がある。このため、低抵抗の材料を精度
良く加工する技術が必要となってきている。
【0003】例えばポリシリコン(「ポリSi」と記
す)はリン(P)やホウ素(B)がドープされて低抵抗
とされるが、高密度化、高集積化とともに、抵抗値の条
件を満足することが材料の性質上困難となってきてい
る。また、抵抗値が低く高融点のシリサイドや金属をゲ
ート電極として直接用いるには、集積回路プロセスの要
求する諸条件(ゲート酸化膜との非反応性、化学的安定
性、加工性等)の点で問題があり、このため、金属シリ
サイドとポリSiの二重構造であるポリサイド構造が用
いられ、シリサイド層の電気伝導度が増大し、またポリ
サイド構造によって、シリサイドとゲート酸化膜との反
応を防ぐことができる。
す)はリン(P)やホウ素(B)がドープされて低抵抗
とされるが、高密度化、高集積化とともに、抵抗値の条
件を満足することが材料の性質上困難となってきてい
る。また、抵抗値が低く高融点のシリサイドや金属をゲ
ート電極として直接用いるには、集積回路プロセスの要
求する諸条件(ゲート酸化膜との非反応性、化学的安定
性、加工性等)の点で問題があり、このため、金属シリ
サイドとポリSiの二重構造であるポリサイド構造が用
いられ、シリサイド層の電気伝導度が増大し、またポリ
サイド構造によって、シリサイドとゲート酸化膜との反
応を防ぐことができる。
【0004】現在、最も一般的にタングステンポリサイ
ド(WSix/ポリSi)がゲート電極および配線材料
として用いられている。特に、シリコン酸化膜上のタン
グステンポリサイド層のドライエッチングにおいては、
寸法精度、形状の垂直性、シリコン酸化膜との選択比の
向上が望まれている。
ド(WSix/ポリSi)がゲート電極および配線材料
として用いられている。特に、シリコン酸化膜上のタン
グステンポリサイド層のドライエッチングにおいては、
寸法精度、形状の垂直性、シリコン酸化膜との選択比の
向上が望まれている。
【0005】通常、WSix層のエッチング条件では、
シリコン酸化膜との選択比が低く、シリコン酸化膜の信
頼性を低下させるため、WSix層とポリSi層とでエ
ッチングステップを切り替える2ステップエッチングを
用いている。
シリコン酸化膜との選択比が低く、シリコン酸化膜の信
頼性を低下させるため、WSix層とポリSi層とでエ
ッチングステップを切り替える2ステップエッチングを
用いている。
【0006】この場合、エッチングの制御性、加工性を
考慮すると、ポリSiエッチング速度に対するWSix
エッチング速度の比(即ち、WSix/ポリSi選択
比)の高いことが望まれる。この選択比が低いと、エッ
チング残渣が生じる可能性があり、この残渣はショート
などの問題を引き起こし、半導体デバイスの信頼性を低
下させる。
考慮すると、ポリSiエッチング速度に対するWSix
エッチング速度の比(即ち、WSix/ポリSi選択
比)の高いことが望まれる。この選択比が低いと、エッ
チング残渣が生じる可能性があり、この残渣はショート
などの問題を引き起こし、半導体デバイスの信頼性を低
下させる。
【0007】また、パターンの微細化にともない、ゲー
ト電極抵抗が増大するため、タングステンポリサイドの
WSix層を厚くしポリSi層を薄くして、低抵抗化を
図ることが検討されている。
ト電極抵抗が増大するため、タングステンポリサイドの
WSix層を厚くしポリSi層を薄くして、低抵抗化を
図ることが検討されている。
【0008】このため、WSix/ポリSi選択比の高
いことがますます重要となってきている。また、ゲート
電極、配線材料自身の低抵抗化も検討され、WSixに
かわる低抵抗のゲート電極および配線材料として、チタ
ンシリサイド(TiSix)、モリブデンシリサイド
(MoSix)等が検討されている。
いことがますます重要となってきている。また、ゲート
電極、配線材料自身の低抵抗化も検討され、WSixに
かわる低抵抗のゲート電極および配線材料として、チタ
ンシリサイド(TiSix)、モリブデンシリサイド
(MoSix)等が検討されている。
【0009】従来、半導体基板にシリコン酸化膜を介し
て形成されたシリサイド(特にWSix、MoSix)/
ポリSi構造をエッチングしてゲート電極を形成する際
に、シリサイド部分のエッチングガスとして、例えば特
開昭62−176134号公報(以下「従来例」とい
う)に記載されるように、HCl、Cl2、BCl3混合
ガスを基本ガスとして、フッ素含有ガス(例えばN
F3、CF4)の添加が用いられている。
て形成されたシリサイド(特にWSix、MoSix)/
ポリSi構造をエッチングしてゲート電極を形成する際
に、シリサイド部分のエッチングガスとして、例えば特
開昭62−176134号公報(以下「従来例」とい
う)に記載されるように、HCl、Cl2、BCl3混合
ガスを基本ガスとして、フッ素含有ガス(例えばN
F3、CF4)の添加が用いられている。
【0010】以下図を用いて従来例を説明する。
【0011】図12に、HCl、Cl2、BCl3混合ガ
スを基本ガスとして、シリサイドをエッチングする従来
例の工程断面図を示す。従来例では、ゲート酸化物層の
ような下層酸化物への選択性があるHCl、Cl2ガス
化学を下層ポリSiエッチング時に使用している。この
ためシリサイドのエッチング時のHCl、Cl2、BC
l3混合ガスの使用は、真空を切ること無しに同じ容器
内で本質的にポリサイド/ポリSiの連続エッチングが
可能であるとしている。しかし、シリサイドのエッチン
グ時とポリSiのエッチング時に異なるガス化学を使用
しても、シリサイドのエッチングをポリSiのエッチン
グ間に排気、置換ステップを組み込めば、真空を切るこ
と無しにエッチングすることは可能である。
スを基本ガスとして、シリサイドをエッチングする従来
例の工程断面図を示す。従来例では、ゲート酸化物層の
ような下層酸化物への選択性があるHCl、Cl2ガス
化学を下層ポリSiエッチング時に使用している。この
ためシリサイドのエッチング時のHCl、Cl2、BC
l3混合ガスの使用は、真空を切ること無しに同じ容器
内で本質的にポリサイド/ポリSiの連続エッチングが
可能であるとしている。しかし、シリサイドのエッチン
グ時とポリSiのエッチング時に異なるガス化学を使用
しても、シリサイドのエッチングをポリSiのエッチン
グ間に排気、置換ステップを組み込めば、真空を切るこ
と無しにエッチングすることは可能である。
【0012】図12の構造のエッチング特性の例を図1
3に示す。図13は、WSix27とポリSi28の添
加ガス(CF4+O2)流量に対するエッチング速度を示
している。
3に示す。図13は、WSix27とポリSi28の添
加ガス(CF4+O2)流量に対するエッチング速度を示
している。
【0013】図13から、添加ガス流量の増大と共に、
WSIx/ポリSiの選択比が向上することがわかる。
WSix/ポリSi選択比の向上は、清浄で繊維の無
い、つまり残渣の無いエッチングを供給する。
WSIx/ポリSiの選択比が向上することがわかる。
WSix/ポリSi選択比の向上は、清浄で繊維の無
い、つまり残渣の無いエッチングを供給する。
【0014】ここで、エッチング残渣の生じる要因とし
て、WSixエッチング速度よりもポリSiエッチング
速度の方が速い、即ち、WSix/ポリSi選択比の低
いことが上げられている。そして、残渣の生じない条件
として、WSix/ポリSi選択比が2以上であること
が必要であるとしている。
て、WSixエッチング速度よりもポリSiエッチング
速度の方が速い、即ち、WSix/ポリSi選択比の低
いことが上げられている。そして、残渣の生じない条件
として、WSix/ポリSi選択比が2以上であること
が必要であるとしている。
【0015】従来例では、ポリサイドとして特にWSi
x、MoSixについて詳しく調べられているが、更にチ
タンポリサイド(TiSix/ポリSi)に関してもデ
ータを示している。従来例には、チタンポリサイドにつ
いて、HCl、BCl3、Cl2混合ガスを基本ガスと
し、混合比をBCl3:Cl2≧1:1とすることで残渣
の無いエッチングが行えることが開示されている。な
お、従来例によれば、残渣の生じるBCl3:Cl2<
1:1の領域でもTiSix/ポリSi選択比は2以上
である。
x、MoSixについて詳しく調べられているが、更にチ
タンポリサイド(TiSix/ポリSi)に関してもデ
ータを示している。従来例には、チタンポリサイドにつ
いて、HCl、BCl3、Cl2混合ガスを基本ガスと
し、混合比をBCl3:Cl2≧1:1とすることで残渣
の無いエッチングが行えることが開示されている。な
お、従来例によれば、残渣の生じるBCl3:Cl2<
1:1の領域でもTiSix/ポリSi選択比は2以上
である。
【0016】表1に典型的なポリサイドエッチング条件
を、表2に、特にWSi2、MoSi2のエッチング条件
を示す。表1からポリサイドエッチング時には、少なく
とも3種類のガスが使用される。エッチング機構の簡易
性の点からできるだけ少ないガスでエッチングをするこ
とが望ましい。
を、表2に、特にWSi2、MoSi2のエッチング条件
を示す。表1からポリサイドエッチング時には、少なく
とも3種類のガスが使用される。エッチング機構の簡易
性の点からできるだけ少ないガスでエッチングをするこ
とが望ましい。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】
【発明が解決しようとする課題】前記従来例では、シリ
サイドのエッチングガスとしてHCl、Cl2、BCl3
の混合ガスを基本ガスとし、さらにフッ素系ガスの添加
を使用して、残渣のない異方性エッチングを実現してい
るが、使用するガス種が多くガス系としては複雑であ
る。このようにガス種が多いと、エッチング制御が難し
くなり、エッチング機構の簡易性の点からできるだけ少
ないガスでエッチングをすることが望ましい。
サイドのエッチングガスとしてHCl、Cl2、BCl3
の混合ガスを基本ガスとし、さらにフッ素系ガスの添加
を使用して、残渣のない異方性エッチングを実現してい
るが、使用するガス種が多くガス系としては複雑であ
る。このようにガス種が多いと、エッチング制御が難し
くなり、エッチング機構の簡易性の点からできるだけ少
ないガスでエッチングをすることが望ましい。
【0020】また前記従来例では、BCl3:Cl2を変
えた場合のシリサイド/ポリSi選択比が示されている
が、ウェハー上に残渣を残さない清浄なエッチングを提
供するには、HClは不可欠とされ、使用するガス種は
少なくとも3種必要とされる。
えた場合のシリサイド/ポリSi選択比が示されている
が、ウェハー上に残渣を残さない清浄なエッチングを提
供するには、HClは不可欠とされ、使用するガス種は
少なくとも3種必要とされる。
【0021】そして、前記従来例では、残渣はシリサイ
ドとポリSiのエッチング速度差に起因するものであ
り、シリサイド/ポリSi選択比が2以上であればエッ
チング残渣が生じないとしているが、チタンシリサイド
の場合には、TiSix/ポリSi選択比が2以上とい
う事実から、残渣発生の要因はチタンシリサイド、ポリ
Siのエッチング速度差に起因するものではない。実際
に、チタンシリサイド層のエッチング途中でエッチング
を止めても残渣は生じている。
ドとポリSiのエッチング速度差に起因するものであ
り、シリサイド/ポリSi選択比が2以上であればエッ
チング残渣が生じないとしているが、チタンシリサイド
の場合には、TiSix/ポリSi選択比が2以上とい
う事実から、残渣発生の要因はチタンシリサイド、ポリ
Siのエッチング速度差に起因するものではない。実際
に、チタンシリサイド層のエッチング途中でエッチング
を止めても残渣は生じている。
【0022】一方で、チタンシリサイドと下層のポリS
iとのエッチング選択比が高くないと、マイクロローデ
ィングに起因するパターンの加工不良が生じてしまう。
ここで、マイクロローディングとは、パターンの粗密に
よってエッチング速度が異なる現象をいい、このマイク
ロローディングにより、パターンとパターンの間隔が狭
くエッチングされる領域が狭くなった箇所では、残され
るべきパターンが孤立しており、その周囲のエッチング
領域が広いところに比べてエッチング速度が遅くなる。
配線パターンの配置には設計上の制約から粗密は不可避
であるが、オーバーエッチングを行なうことにより、エ
ッチング速度の遅い密なパターンの加工が可能とされ
る。そのためには、下地とのエッチング選択比が高くな
ければならず、即ち、シリサイドエッチング時に下地の
ポリSiのエッチング速度は低くなければならない。
iとのエッチング選択比が高くないと、マイクロローデ
ィングに起因するパターンの加工不良が生じてしまう。
ここで、マイクロローディングとは、パターンの粗密に
よってエッチング速度が異なる現象をいい、このマイク
ロローディングにより、パターンとパターンの間隔が狭
くエッチングされる領域が狭くなった箇所では、残され
るべきパターンが孤立しており、その周囲のエッチング
領域が広いところに比べてエッチング速度が遅くなる。
配線パターンの配置には設計上の制約から粗密は不可避
であるが、オーバーエッチングを行なうことにより、エ
ッチング速度の遅い密なパターンの加工が可能とされ
る。そのためには、下地とのエッチング選択比が高くな
ければならず、即ち、シリサイドエッチング時に下地の
ポリSiのエッチング速度は低くなければならない。
【0023】従って、本発明は、上記従来の課題を解決
するものであり、ガス種を削減し簡便なガス系を用いる
ことを可能とし、且つシリサイドエッチング残渣の無
い、更に下地ポリSiに対して選択比の高い、異方性エ
ッチングを行う半導体装置の製造方法を提供することを
目的とする。本発明は、以下で明らかとされるように、
好ましくは、チタンシリサイド(TiSix)エッチン
グにおいて、下地ポリSiに対して選択比の高く、また
残渣の無い異方性エッチングを行う半導体装置の製造方
法を提供するものである。
するものであり、ガス種を削減し簡便なガス系を用いる
ことを可能とし、且つシリサイドエッチング残渣の無
い、更に下地ポリSiに対して選択比の高い、異方性エ
ッチングを行う半導体装置の製造方法を提供することを
目的とする。本発明は、以下で明らかとされるように、
好ましくは、チタンシリサイド(TiSix)エッチン
グにおいて、下地ポリSiに対して選択比の高く、また
残渣の無い異方性エッチングを行う半導体装置の製造方
法を提供するものである。
【0024】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、半導体基板上にシリコン酸化膜を介して
形成されたチタンシリサイド膜又はチタンシリサイド/
多結晶シリコンの積層膜を、フォトレジストパターンを
マスクとして反応性イオンエッチング装置でエッチング
する際に、チタンシリサイド膜のエッチングガスとし
て、三塩化ホウ素と塩素との混合ガスを用い、三塩化ホ
ウ素の流量を全ガス流量に対して50%以上として、異
方性エッチングを行うことを特徴とする半導体装置の製
造方法を提供する。
に、本発明は、半導体基板上にシリコン酸化膜を介して
形成されたチタンシリサイド膜又はチタンシリサイド/
多結晶シリコンの積層膜を、フォトレジストパターンを
マスクとして反応性イオンエッチング装置でエッチング
する際に、チタンシリサイド膜のエッチングガスとし
て、三塩化ホウ素と塩素との混合ガスを用い、三塩化ホ
ウ素の流量を全ガス流量に対して50%以上として、異
方性エッチングを行うことを特徴とする半導体装置の製
造方法を提供する。
【0025】また、本発明は、半導体基板上にシリコン
酸化膜を介して形成されたチタンシリサイド膜又はチタ
ンシリサイド/多結晶シリコンの積層膜を、フォトレジ
ストパターンをマスクとして反応性イオンエッチング装
置でエッチングする際に、チタンシリサイド膜のエッチ
ングガスとして、三塩化ホウ素と臭化水素との混合ガス
を用い、三塩化ホウ素の流量を全ガス流量に対して25
%以上として、異方性エッチングを行うことを特徴とす
る半導体装置の製造方法を提供する。
酸化膜を介して形成されたチタンシリサイド膜又はチタ
ンシリサイド/多結晶シリコンの積層膜を、フォトレジ
ストパターンをマスクとして反応性イオンエッチング装
置でエッチングする際に、チタンシリサイド膜のエッチ
ングガスとして、三塩化ホウ素と臭化水素との混合ガス
を用い、三塩化ホウ素の流量を全ガス流量に対して25
%以上として、異方性エッチングを行うことを特徴とす
る半導体装置の製造方法を提供する。
【0026】さらに、本発明は、前記混合ガスに希ガス
を添加してエッチングを行うことを特徴とするものであ
る。
を添加してエッチングを行うことを特徴とするものであ
る。
【0027】さらに、本発明は、前記希ガスがヘリウム
ガスを含むことを特徴とするものである。
ガスを含むことを特徴とするものである。
【0028】
【0029】
【作用】本発明は、半導体基板上にシリコン酸化膜(S
iO2)を介して形成された、好ましくはチタンポリサ
イド層をマスクを用いてエッチングする際に、チタンシ
リサイド(TiSix)層のエッチングに三塩化ホウ素
(BCl3)を含むガスをエッチングガスとして用い、
残渣の無い異方性エッチングを可能としている。また、
本発明によれば、シリサイドエッチング用のハロゲン含
有ガスのガス種を2種にまで削減し、シリサイドエッチ
ング速度/ポリSiエッチング速度の比(選択比)の増
大を可能としている。さらに、本発明においては、好ま
しくはヘリウム等の希ガスを添加することにより、プラ
ズマが広がり、エッチングの均一性が向上する。
iO2)を介して形成された、好ましくはチタンポリサ
イド層をマスクを用いてエッチングする際に、チタンシ
リサイド(TiSix)層のエッチングに三塩化ホウ素
(BCl3)を含むガスをエッチングガスとして用い、
残渣の無い異方性エッチングを可能としている。また、
本発明によれば、シリサイドエッチング用のハロゲン含
有ガスのガス種を2種にまで削減し、シリサイドエッチ
ング速度/ポリSiエッチング速度の比(選択比)の増
大を可能としている。さらに、本発明においては、好ま
しくはヘリウム等の希ガスを添加することにより、プラ
ズマが広がり、エッチングの均一性が向上する。
【0030】
【実施例】図2は通常用いられている平行平板型反応性
イオンエッチング(RIE)装置の概念図である。7は
エッチングガスの供給と電極とを兼ねる上部電極、8は
真空容器、9はRF電源、10はマッチングボックス、
11は試料12を載置するステージを兼ねる下地電極を
示す。
イオンエッチング(RIE)装置の概念図である。7は
エッチングガスの供給と電極とを兼ねる上部電極、8は
真空容器、9はRF電源、10はマッチングボックス、
11は試料12を載置するステージを兼ねる下地電極を
示す。
【0031】図1(A)、(B)は、RIE装置を用い
てチタンポリサイド構造のチタンシリサイド層をエッチ
ングする一実施例を示す工程順を説明するための断面図
である。図1(A)は、エッチング前の試料断面の構造
を示し、図1(B)は、シリサイドエッチング後の試料
断面の構造を示している。
てチタンポリサイド構造のチタンシリサイド層をエッチ
ングする一実施例を示す工程順を説明するための断面図
である。図1(A)は、エッチング前の試料断面の構造
を示し、図1(B)は、シリサイドエッチング後の試料
断面の構造を示している。
【0032】以下、これらの図を参照しながら実施例に
ついて説明する。
ついて説明する。
【0033】エッチングを行う前の試料は、図1(A)
に示されるように、半導体基板1に熱酸化により厚さ1
00ÅのSiO2膜2を形成し、その上に例えばCVD
法により厚さ1500ÅのポリSi層3を形成し、必要
であればリン(P)をドープし、次に例えばスパッタ法
により厚さ1500ÅのTiSix層4を形成し、チタ
ンシリサイド(TiSix)層4の上にTiSix層と
ポリSi層をエッチングしてゲート電極を形成するため
の厚さ1μm、幅0.4μmのレジストマスク5を形成
して、作製される。
に示されるように、半導体基板1に熱酸化により厚さ1
00ÅのSiO2膜2を形成し、その上に例えばCVD
法により厚さ1500ÅのポリSi層3を形成し、必要
であればリン(P)をドープし、次に例えばスパッタ法
により厚さ1500ÅのTiSix層4を形成し、チタ
ンシリサイド(TiSix)層4の上にTiSix層と
ポリSi層をエッチングしてゲート電極を形成するため
の厚さ1μm、幅0.4μmのレジストマスク5を形成
して、作製される。
【0034】図1(A)に示される試料を図2に示した
RIE装置に配置して、様々なエッチングガスを供給し
て、レジストマスク5をマスクにしてチタンシリサイド
(TiSix)層4とポリSi層3のドライエッチング
を行った。
RIE装置に配置して、様々なエッチングガスを供給し
て、レジストマスク5をマスクにしてチタンシリサイド
(TiSix)層4とポリSi層3のドライエッチング
を行った。
【0035】その際、圧力、RFパワー、下部電極温度
は表3に示すように一定でガス種のみを変えて行った。
エッチングガスの総流量は100sccmとした。
は表3に示すように一定でガス種のみを変えて行った。
エッチングガスの総流量は100sccmとした。
【0036】
【表3】
【0037】
【実施例1】まず、本発明の第1の実施例として、図3
に、エッチングガスとして、三塩化ホウ素(BCl3)
および塩素(Cl2)の混合ガスを用いた場合におい
て、三塩化ホウ素(BCl3)流量を変えたときのチタ
ンシリサイド(TiSix)およびポリSiのエッチン
グ速度13、14を示し、図4に、TiSix/ポリS
i選択比15を示す。
に、エッチングガスとして、三塩化ホウ素(BCl3)
および塩素(Cl2)の混合ガスを用いた場合におい
て、三塩化ホウ素(BCl3)流量を変えたときのチタ
ンシリサイド(TiSix)およびポリSiのエッチン
グ速度13、14を示し、図4に、TiSix/ポリS
i選択比15を示す。
【0038】図3に示すように、三塩化ホウ素(BCl
3)流量の増加と共にチタンシリサイド(TiSix)お
よびポリSiのエッチング速度13、14は減少する。
エッチング速度は、塩素(Cl2)流量によって決定さ
れ、三塩化ホウ素(BCl3)100%ではほとんどエ
ッチングは進行しない。
3)流量の増加と共にチタンシリサイド(TiSix)お
よびポリSiのエッチング速度13、14は減少する。
エッチング速度は、塩素(Cl2)流量によって決定さ
れ、三塩化ホウ素(BCl3)100%ではほとんどエ
ッチングは進行しない。
【0039】また、図4に示すように、TiSix/ポ
リSi選択比15は三塩化ホウ素(BCl3)100%
の場合を除けば、三塩化ホウ素(BCl3)0%でも2
以上であり、三塩化ホウ素(BCl3)を増加すると3
近くになる。
リSi選択比15は三塩化ホウ素(BCl3)100%
の場合を除けば、三塩化ホウ素(BCl3)0%でも2
以上であり、三塩化ホウ素(BCl3)を増加すると3
近くになる。
【0040】このときの形状を観察すると、全ての場合
で異方性であるが、三塩化ホウ素(BCl3)0%と2
5%では残渣が生じていた。その密度は25%の方が少
ない。
で異方性であるが、三塩化ホウ素(BCl3)0%と2
5%では残渣が生じていた。その密度は25%の方が少
ない。
【0041】三塩化ホウ素(BCl3)ガスには残渣を
抑制する効果があり、三塩化ホウ素(BCl3)ガスを
混合比を50%以上とすることで残渣無しの異方性形状
が得られる。被エッチング面が平面状の状態でエッチン
グは進行する。
抑制する効果があり、三塩化ホウ素(BCl3)ガスを
混合比を50%以上とすることで残渣無しの異方性形状
が得られる。被エッチング面が平面状の状態でエッチン
グは進行する。
【0042】また、マイクロローディングが生じる場合
でも、TiSix/ポリSi選択比が3と高いため、オ
ーバーエッチングを行うことでマイクロローディングを
実質的に低減できる。
でも、TiSix/ポリSi選択比が3と高いため、オ
ーバーエッチングを行うことでマイクロローディングを
実質的に低減できる。
【0043】三塩化ホウ素(BCl3)ガスの混合比が
50%の時の、TiSixのエッチング速度は3650
Å/min.、ポリSiのエッチング速度は1260Å
/min.、選択比は2.9である。
50%の時の、TiSixのエッチング速度は3650
Å/min.、ポリSiのエッチング速度は1260Å
/min.、選択比は2.9である。
【0044】一方、図5及び図7は、比較例として、通
常タングステンシリサイド(WSix)エッチングに用
いられるSF6、Cl2混合ガスと、HBr、Cl2混合
ガスを用いた場合のTiSixおよびポリSiのエッチ
ング速度(16、17;19、20)をそれぞれ示して
いる。
常タングステンシリサイド(WSix)エッチングに用
いられるSF6、Cl2混合ガスと、HBr、Cl2混合
ガスを用いた場合のTiSixおよびポリSiのエッチ
ング速度(16、17;19、20)をそれぞれ示して
いる。
【0045】また、図6及び図8に、SF6、Cl2混合
ガスとHBr、Cl2混合ガスを用いた場合のTiSix
/ポリSi選択比18、21をそれぞれ示す。
ガスとHBr、Cl2混合ガスを用いた場合のTiSix
/ポリSi選択比18、21をそれぞれ示す。
【0046】図5に示すように、SF6流量の増加と共
に、TiSixのエッチング速度16は減少し、ポリS
iのエッチング速度17は増加するため、選択比18は
図6に示されるように減少する。SF6流量の増加とと
もに形状ではサイドエッチングが増大する。また、残渣
はSF6流量に無関係であり、全ての場合に生じる。
に、TiSixのエッチング速度16は減少し、ポリS
iのエッチング速度17は増加するため、選択比18は
図6に示されるように減少する。SF6流量の増加とと
もに形状ではサイドエッチングが増大する。また、残渣
はSF6流量に無関係であり、全ての場合に生じる。
【0047】HBr、Cl2混合ガスでは、図7に示さ
れるようにTiSixエッチング速度19はHBr流量
の増加と共に徐々に減少し、ポリSiエッチング速度2
0は、ほぼ一定である。このため、選択比21は図8の
ように低下する。形状は、全て異方的であるが、残渣は
HBr流量と共に増加する。
れるようにTiSixエッチング速度19はHBr流量
の増加と共に徐々に減少し、ポリSiエッチング速度2
0は、ほぼ一定である。このため、選択比21は図8の
ように低下する。形状は、全て異方的であるが、残渣は
HBr流量と共に増加する。
【0048】
【実施例2】次に、本発明の第2の実施例としてエッチ
ングガスとして、三塩化ホウ素(BCl3)、臭化水素
(HBr)混合ガスを使用した場合の、BCl3流量を
変えたときのTiSixおよびポリSiエッチング速度
22、23を図9に、TiSix/ポリSi選択比24
を図10に示す。
ングガスとして、三塩化ホウ素(BCl3)、臭化水素
(HBr)混合ガスを使用した場合の、BCl3流量を
変えたときのTiSixおよびポリSiエッチング速度
22、23を図9に、TiSix/ポリSi選択比24
を図10に示す。
【0049】TiSixおよびポリSiエッチング速度
はBCl3流量の増加と共に減少する。選択比はBCl3
0%のときは1であるが、BCl325%で2となる。
しかし、さらにBCl3流量を増加しても選択比は2か
ら変化しない。
はBCl3流量の増加と共に減少する。選択比はBCl3
0%のときは1であるが、BCl325%で2となる。
しかし、さらにBCl3流量を増加しても選択比は2か
ら変化しない。
【0050】形状は、全ての場合で異方的であるが、B
Cl3流量と共にマイクロローディングが増加する。
Cl3流量と共にマイクロローディングが増加する。
【0051】残渣はBCl30%では生じるが、BCl
325%以上で生じない。BCl3、HBr混合ガスで
も、BCl3ガスは残渣を抑制する効果があり、BCl
3流量25%以上で残渣無しで異方的形状が得られる。
混合比25%の時のTiSixエッチング速度は422
5Å/min.、ポリSiエッチング速度は2252Å
/min.、選択比は1.9である。
325%以上で生じない。BCl3、HBr混合ガスで
も、BCl3ガスは残渣を抑制する効果があり、BCl
3流量25%以上で残渣無しで異方的形状が得られる。
混合比25%の時のTiSixエッチング速度は422
5Å/min.、ポリSiエッチング速度は2252Å
/min.、選択比は1.9である。
【0052】
【比較結果】異なるガスを用いたときのTiSix/ポ
リSi選択比の比較例を図11に、エッチング残渣の有
無を表4に示す。図11、表4から、三塩化ホウ素(B
Cl3)ガスには、対ポリSiとの選択比の向上とエッ
チング残渣の抑制に効果がある。また、表4に示すよう
に、三塩化ホウ素(BCl3)は、BCl3とCl2混合
ガスの場合に50%以上で、またBCl3とHBr混合
ガスの場合には25%以上でエッチング残渣が生じな
い。これに対して、SF6/Cl2、CF4/Cl2、HB
r/Cl2ではすべての混合比においてエッチング残渣
が生じている。また、本発明の第1、第2の実施例はT
iSix/ポリSi選択比が大きく、オーバーエッチン
グを行うことでマイクロローディングを実質的に低減で
きる。図11に示すように、第1、第2の実施例とも三
塩化ホウ素(BCl3)が全ガス流量の略75%程度ま
でTiSix/ポリSiは高い値を保つ。
リSi選択比の比較例を図11に、エッチング残渣の有
無を表4に示す。図11、表4から、三塩化ホウ素(B
Cl3)ガスには、対ポリSiとの選択比の向上とエッ
チング残渣の抑制に効果がある。また、表4に示すよう
に、三塩化ホウ素(BCl3)は、BCl3とCl2混合
ガスの場合に50%以上で、またBCl3とHBr混合
ガスの場合には25%以上でエッチング残渣が生じな
い。これに対して、SF6/Cl2、CF4/Cl2、HB
r/Cl2ではすべての混合比においてエッチング残渣
が生じている。また、本発明の第1、第2の実施例はT
iSix/ポリSi選択比が大きく、オーバーエッチン
グを行うことでマイクロローディングを実質的に低減で
きる。図11に示すように、第1、第2の実施例とも三
塩化ホウ素(BCl3)が全ガス流量の略75%程度ま
でTiSix/ポリSiは高い値を保つ。
【0053】
【表4】
【0054】なお、本発明の第1の実施例は、第2の実
施例よりTiSix/ポリSi選択比が大きい。しか
し、第2の実施例は、チェンバーやそれに付着した汚染
物をエッチングすることがないため、汚染が生じないと
いう利点を有する。
施例よりTiSix/ポリSi選択比が大きい。しか
し、第2の実施例は、チェンバーやそれに付着した汚染
物をエッチングすることがないため、汚染が生じないと
いう利点を有する。
【0055】
【実施例3】本発明の第3の実施例として、BCl3、
Cl2混合ガス、又はBCl3、HBr混合ガス中にヘリ
ウム(He)を添加すると、プラズマが広がり、エッチ
ングの均一性が向上し、残渣は生じない。なおHeガス
の添加量は全体の50%程度までとされる。
Cl2混合ガス、又はBCl3、HBr混合ガス中にヘリ
ウム(He)を添加すると、プラズマが広がり、エッチ
ングの均一性が向上し、残渣は生じない。なおHeガス
の添加量は全体の50%程度までとされる。
【0056】上述のようにTiSix/ポリSi選択比
が2以上でも、残渣はシリサイドエッチング時に生じ
る。また、BCl3ガスを添加し、流量を増加すること
で残渣は低減される。BCl3ガスのエッチング機構
は、イオン性が主体である。このため、チタンシリサイ
ド膜中にTi、Siとの酸化物のグレインが存在してい
る可能性があり、この酸化物のグレインがマイクロマス
クとなって残渣が生じていると考えられる。
が2以上でも、残渣はシリサイドエッチング時に生じ
る。また、BCl3ガスを添加し、流量を増加すること
で残渣は低減される。BCl3ガスのエッチング機構
は、イオン性が主体である。このため、チタンシリサイ
ド膜中にTi、Siとの酸化物のグレインが存在してい
る可能性があり、この酸化物のグレインがマイクロマス
クとなって残渣が生じていると考えられる。
【0057】BCl3、Cl2混合ガス、又はBCl3、
HBr混合ガスに均一性向上などの目的のために、第3
のガスとしてHeなどの希ガスを添加しても残渣無しの
異方性エッチングは実現される。
HBr混合ガスに均一性向上などの目的のために、第3
のガスとしてHeなどの希ガスを添加しても残渣無しの
異方性エッチングは実現される。
【0058】以上、本発明を上記各種実施例に即して説
明したが、本発明は、上記実施態様に限定されるもので
なく、本発明の原理に準ずる各種態様を含むことは勿論
である。例えば、圧力、RFパワー、下部電極温度など
のパラメータは表3に限定されたものではなく、エッチ
ング形状の最適化などのために変えることも可能であ
る。また、本発明は、上記実施例で説明したRIE装置
に限定されるものではなく、他のエッチング装置にも適
用可能である。さらに、上記実施例では、WSixにか
わる低抵抗のゲート電極および配線材料として着目され
つつある、チタンシリサイドを例に説明したが、本発明
はチタンシリサイド以外の高融点金属シリサイドにも同
様にして適用可能である。
明したが、本発明は、上記実施態様に限定されるもので
なく、本発明の原理に準ずる各種態様を含むことは勿論
である。例えば、圧力、RFパワー、下部電極温度など
のパラメータは表3に限定されたものではなく、エッチ
ング形状の最適化などのために変えることも可能であ
る。また、本発明は、上記実施例で説明したRIE装置
に限定されるものではなく、他のエッチング装置にも適
用可能である。さらに、上記実施例では、WSixにか
わる低抵抗のゲート電極および配線材料として着目され
つつある、チタンシリサイドを例に説明したが、本発明
はチタンシリサイド以外の高融点金属シリサイドにも同
様にして適用可能である。
【0059】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来例と比較してガス種を大幅に削減することを可能と
し、残渣無しの異方性エッチングを可能としている。ま
た、本発明によれば、シリサイドエッチング速度/ポリ
Siエッチング速度の比(選択比)の増大を可能とし、
このため簡易なガス種によりながら、ポリサイド構造の
エッチングにおいて、エッチングプロセスのマージン、
制御性、さらに微細加工性が向上し、マイクロローディ
ングに対してもオーバーエッチングを行うことでこれを
実質的に低減することが可能である。さらに、本発明に
おいては、希ガスを添加することにより、プラズマが広
がり、エッチングの均一性が向上するという効果を奏す
る。
従来例と比較してガス種を大幅に削減することを可能と
し、残渣無しの異方性エッチングを可能としている。ま
た、本発明によれば、シリサイドエッチング速度/ポリ
Siエッチング速度の比(選択比)の増大を可能とし、
このため簡易なガス種によりながら、ポリサイド構造の
エッチングにおいて、エッチングプロセスのマージン、
制御性、さらに微細加工性が向上し、マイクロローディ
ングに対してもオーバーエッチングを行うことでこれを
実質的に低減することが可能である。さらに、本発明に
おいては、希ガスを添加することにより、プラズマが広
がり、エッチングの均一性が向上するという効果を奏す
る。
【図1】本発明の実施例の工程順断面図である。(A)
はエッチング前試料構造であり、(B)はチタンシリサ
イドエッチング後試料構造を示す図である。
はエッチング前試料構造であり、(B)はチタンシリサ
イドエッチング後試料構造を示す図である。
【図2】反応性イオンエッチング(RIE)装置の概念
図である。
図である。
【図3】本発明の一実施例における、BCl3、Cl2混
合ガスのBCl3流量を変えた場合のTiSixおよびポ
リSiエッチング速度を示す図である。
合ガスのBCl3流量を変えた場合のTiSixおよびポ
リSiエッチング速度を示す図である。
【図4】本発明の一実施例における、BCl3、Cl2混
合ガスのBCl3流量を変えた場合のTiSix/ポリS
iエッチング速度の比(選択比)を示す図である。
合ガスのBCl3流量を変えた場合のTiSix/ポリS
iエッチング速度の比(選択比)を示す図である。
【図5】比較例として、SF6、Cl2混合ガスのSF6
流量を変えた場合のTiSixおよびポリSiエッチン
グ速度を示す図である。
流量を変えた場合のTiSixおよびポリSiエッチン
グ速度を示す図である。
【図6】比較例として、SF6、Cl2混合ガスのSF6
流量を変えた場合のTiSix/ポリSiエッチング速
度の比(選択比)を示す図である。
流量を変えた場合のTiSix/ポリSiエッチング速
度の比(選択比)を示す図である。
【図7】比較例として、HBr,Cl2混合ガスのHB
r流量を変えた場合のTiSixおよびポリSiエッチ
ング速度を示す図である。
r流量を変えた場合のTiSixおよびポリSiエッチ
ング速度を示す図である。
【図8】比較例として、HBr,Cl2混合ガスのHB
r流量を変えた場合のTiSix/ポリSiエッチング
速度の比(選択比)を示す図である。
r流量を変えた場合のTiSix/ポリSiエッチング
速度の比(選択比)を示す図である。
【図9】本発明の別の実施例における、BCl3、HB
r混合ガスのBCl3流量を変えた場合のTiSixおよ
びポリSiエッチング速度を示す図である。
r混合ガスのBCl3流量を変えた場合のTiSixおよ
びポリSiエッチング速度を示す図である。
【図10】本発明の別の実施例における、BCl3、H
Br混合ガスのBCl3流量を変えた場合のTiSix/
ポリSiエッチング速度の比(選択比)を示す図であ
る。
Br混合ガスのBCl3流量を変えた場合のTiSix/
ポリSiエッチング速度の比(選択比)を示す図であ
る。
【図11】異なるガス系を使用したときの混合比に対す
るTiSix/ポリSiエッチング速度の比(選択比)
を示す図である。
るTiSix/ポリSiエッチング速度の比(選択比)
を示す図である。
【図12】従来例の試料構造を示す図である。
【図13】従来例のタングステンシリサイドのエッチン
グ特性を示す図である。
グ特性を示す図である。
1 半導体基板 2 シリコン酸化膜 3 ポリシリコン 4 チタンシリサイド 5 レジストマスク 6 残渣 7 上部電極 8 真空容器 9 RF電源 10 マッチングボックス 11 下部電極 12 試料 26 シリサイド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−241829(JP,A) 特開 平4−96223(JP,A) 特開 昭63−261835(JP,A)
Claims (4)
- 【請求項1】半導体基板上にシリコン酸化膜を介して形
成されたチタンシリサイド膜又はチタンシリサイド/多
結晶シリコンの積層膜を、フォトレジストパターンをマ
スクとして反応性イオンエッチング装置でエッチングす
る際に、チタンシリサイド膜のエッチングガスとして、
三塩化ホウ素と塩素との混合ガスを用い、三塩化ホウ素
の流量を全ガス流量に対して50%以上として、異方性
エッチングを行うことを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項2】半導体基板上にシリコン酸化膜を介して形
成されたチタンシリサイド膜又はチタンシリサイド/多
結晶シリコンの積層膜を、フォトレジストパターンをマ
スクとして反応性イオンエッチング装置でエッチングす
る際に、チタンシリサイド膜のエッチングガスとして、
三塩化ホウ素と臭化水素との混合ガスを用い、三塩化ホ
ウ素の流量を全ガス流量に対して25%以上として、異
方性エッチングを行うことを特徴とする半導体装置の製
造方法。 - 【請求項3】前記混合ガスに希ガスを添加してエッチン
グを行うことを特徴とする請求項1又は2記載の半導体
装置の製造方法。 - 【請求項4】前記希ガスがヘリウムガスを含むことを特
徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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